Plasmonische

Plasmonische Phänomene beziehen sich auf die Wechselwirkung von Licht mit kollektiven Elektronenbewegungen in Metallen. In der Nanophotonik treten dabei zwei Hauptformen auf: lokale Oberflächenplasmonen (LSPR) in nanopartikulären Strukturen und Oberflächenplasmonenpolaritonen (SPP), die sich an Metall-Dielektrikum-Grenzflächen ausbilden. Diese plasmonischen Moden ermöglichen starke elektromagnetische Feldverstärkungen, die oft deutlich unter der Wellenlänge des Lichts liegen und damit subwellennahe Funktionen ermöglichen.

Theoretisch basieren plasmonische Phänomene auf Modellen wie dem Drude-Beschreibung der freien Elektronenbewegung. In Nanostrukturen sind zusätzlich Grenz- und Quanteneffekte relevant, und die Verluste durch Elektronenstreuung begrenzen die Lebensdauer der Moden. Die Resonanzfrequenzen der LSPR hängen von Größe, Form, Material und der Umgebung ab, während sich SPPs durch die Dispersion an der Metall-Dielektrikum-Grenzfläche charakterisieren und eine reale Ausbreitung mit begrenzter Länge aufweisen.

Anwendungen finden sich vor allem in der Biosensorik, SERS-basierte chemische Sensorik, Photovoltaik, Phototherapie sowie in der Nanooptik und der Entwicklung von Metasurfaces. Durch die Feldverstärkung lassen sich geringe Mengen an Biomolekülen nachweisen oder Reaktionen beschleunigen; in Metaschichten ermöglichen plasmonische Strukturen kontrollierte Lichtführung und -manipulation auf kleinstem Raum.

Typische Materialien sind Gold und Silber, oft auch Kupfer oder Aluminium für bestimmte Wellenlängen. Die Umsetzung steht vor Herausforderungen wie ohmschen Verlusten, Fabrication-Toleranzen und Integration in größere Systeme, wird aber durch Fortschritte in Nanostrukturierung und Materialdesign kontinuierlich vorangetrieben.